進入2018年以來,中國軍工企業(yè)的好消息是接連不斷,而最近又來了一個。根據(jù)中國權威官方媒體2018年3月16日的報道,中科院高溫氣體動力學國家重點試驗室的研究員韓桂來在接受采訪時指出,中國將研制面向10~25馬赫的高超音速風洞,這種風洞的各項指標將達到全球領先水平,其終極目標將面向航天飛機的試驗。
現(xiàn)代航空航天業(yè)中的飛行器,沒有經(jīng)過風洞試驗是很難想象的。
實際上我們可以將這則消息同之前的另一則報道聯(lián)系起來,比如2017年年底的時候中國航天科技集團公司就發(fā)布了太空探索主要路線路,而該路線圖的一個重要目標就是在2040年時建造一艘核動力航天飛機。很顯然,中科院高溫氣體動力學國家重點試驗室推出的高超音速風洞,主要任務之一就是用來保障核動力航天飛機的試驗。
除了保障航天飛機的試驗,高超音速風洞的用途還有很多,例如洲際導彈的彈頭、攔截導彈、衛(wèi)星、助推-滑翔彈頭和高超音速飛機等等裝備都需要這樣的試驗設備。由于都是涉及到高精尖的軍工領域,因此對于高超音速風洞的數(shù)據(jù)準確性、最高速度、可靠性和尺寸都有很多嚴格的要求。
從歷史上來看,高超音速風洞其實并不是個新鮮事物。例如,德國在1945年就曾經(jīng)研制過10馬赫左右的暫沖式高超音速風洞。發(fā)展至今,高超音速的風洞有多種形式。按照分類,高超音速主要有以下的幾種類型,包括常規(guī)高超音速風洞、電弧風洞、激波風洞、活塞風洞、熱沖風洞和管風洞等等。而根據(jù)韓桂來研究員的透露,新型風洞將采用激波風洞的形式,那么這種風洞的性能究竟怎么樣呢?
激波風洞的基本原理是,通過采用適當強度的入射激波壓縮被驅(qū)動段內(nèi)的實驗氣體,產(chǎn)生能滿足流動條件要求的駐室狀態(tài)。激波風洞的既存在著很多優(yōu)點,比如結構簡單、參數(shù)很高、設備本體相對便宜,但另一方面它的缺點是工作時間段、測試技術難度較大、數(shù)據(jù)誤差大、重復性差,且一般沒有辦法改變攻角,效率低。
高超音速激波風洞的最主要難點是技術是高壓、高聲速氣體的產(chǎn)生,而目前的高焓激波風洞主要采用三種驅(qū)動方式,包括氫氣和氦氣等加熱請氣體、自由活塞方式和爆轟驅(qū)動方式。由于韓桂來研究員未就這個方面展開進一步的闡述,因此新高超音速風洞究竟采用哪一種驅(qū)動形式,只能進行大致的推測。
國際上有很多國家都已經(jīng)研制出了高超音速激波風洞,比如美國、澳大利亞、日本、俄羅斯和德國等等。中國科學院力學研究所的JF10風洞采用爆轟驅(qū)動方式,在反向和正向的爆轟驅(qū)動模式下都能夠運行。2012年5月,我國第一個具有自主知識產(chǎn)權的激波,即JF12激波風洞順利通過驗收,該風洞一樣是采用的爆轟驅(qū)動模式。因此,新型的高超音速激波風洞可能再延續(xù)這個技術。
投入使用之后,JF12的風洞測熱精度已經(jīng)達到國際先進水平,且測力精度也達到了連續(xù)下吹式風洞的水平,并首次證明氣體效應的真實存在。該風洞對于我國在彈道導彈、衛(wèi)星和高超音速飛行器方面的發(fā)展,已經(jīng)展現(xiàn)出重要的意義。但這里還應當指出一點,有文章曾經(jīng)將JF12風洞稱為世界上唯一的超高音速風洞,這實際上有很大的吹噓成分,其實全球的高超音速風洞不少一流強國都有。
正所謂腰桿夠硬,拳峰威力才會勁頭十足,航空航天工業(yè)的騰飛,離不開基礎設施的打造。中國開始研制具有世界級水平的10~25馬赫高超音速風洞,意味著我們已經(jīng)不甘心于模仿和追隨,而更加注重于創(chuàng)新和向更高的科技之峰攀登。要在2040年左右推出核動力航天飛機,從現(xiàn)在開始投入基礎實驗設施,恰逢其時。